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X射线应力分析仪
概述

    各种机械构件在制造时往往会产生残余应力。在制造过程中,适当的残余应力可能成为零件强化的因素,不适当的残余应力则可能导致变形和开裂等工艺缺陷; 在加工以后,残余应力将影响构件的静载强度、疲劳强度、抗应力腐蚀能力及形状尺寸的稳定性。 一个构件残余应力状态如何,是设计者、制造者和使用者共同关心的问题。无损地测定残余应力是改进强度设计,提高工艺效果,检验产品质量和进行设备安全分析的必要手段。

测量原理

    在各种无损测定残余应力的方法之中,X射线衍射法被公认为最可靠和最实用的。它原理成熟,方法完善,经历了七十余年的进程,在国内外广泛应用于机械工程和材料科学,取得了卓著成果。基于著名的布拉格方程2dsinθ=nλ,即一定波长的X射线照射到晶体材料上,相邻两个原子面衍射时的X射线光程差正好是波长的整数倍。通过测量衍射角变化Δθ从而得到晶格间距变化Δd,根据胡克定律和弹性力学原理,计算出材料的残余应力。
    对于晶粒不粗大、无织构的多晶材料来说,在一束X光照射范围内便有许许多多个晶粒,其中必有许多晶粒,其指定的(h k l)晶面平行于试样表面,晶面法线与表面法线夹角ψ为0;也必有许多晶粒,其(h k l)晶面法线与表面法线成任意的ψ。首先,以试样表面某点(o点)法线为轴,将一束适当波长的X光和探测器(计数管)对称地指向该点O,并同步地相向扫描改变入射角和反射角。根据布拉格定律,可以找到平行于试样表面的(h k l)晶面的衍射峰和对应的衍射角2θ。这个由X光束和计数管轴线组成的平面称作扫描平面,衍射晶面的法线必在扫描平面内,并居于X光束和计数管轴线二者角平分线的位置上。让我们记住,此时扫描平面与试样表面垂直,衍射晶面与试样表面平行,ψ=0。然后,扫描平面以图A中直线OY为轴转过一个ψ角,同样也可以得到(h k l)晶面的衍射峰和对应的衍射角2θ ,这时,衍射晶面法线与试样表面法线夹角为ψ。
    X-射线应力测定仪是一种简化和实用化的X射线衍射装置,因而它还有一项附加的功能──测定钢中残余奥氏体含量。由于它适用于各种实体工件,而且能够针对同一点以不同的φ角、Ψ角进行测试,以探测织构的影响,这项功能便具备了重要而独特的用途。

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